Nghiên cứu và thử nghiệm thiết bị phát điện từ năng lượng sóng biển

Bài viết đưa ra các kết quả bước đầu đạt được trong nghiên cứu và thử nghiệm thiết bị phát điện từ năng lượng sóng biển. Trên cơ sở các kết quả phân tích, tính toán động lực học và mô phỏng số sự hoạt động của thiết bị, thiết bị phát điện được chế tạo hoạt động theo phương thẳng đứng của sóng biển, phao của thiết bị thả nổi trên mặt biển để truyền năng lượng sóng biển đến máy phát điện được gắn cố định ở đáy biển.

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Biển; Tập 17, Số 1; 2017: 44-54 DOI: 10.15625/1859-3097/17/1/8709 http://www.vjs.ac.vn/index.php/jmst NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ PHÁT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN Nguyễn Đông Anh, Nguyễn Văn Hải* Viện Cơ học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam * E-mail: nguyenvanhai1977@gmail.com Ngày nhận bài: 20-9-2016 TÓM TẮT: Bài viết đưa kết bước đầu đạt nghiên cứu thử nghiệm thiết bị phát điện từ lượng sóng biển Trên sở kết phân tích, tính tốn động lực học mơ số hoạt động thiết bị, thiết bị phát điện chế tạo hoạt động theo phương thẳng đứng sóng biển, phao thiết bị thả mặt biển để truyền lượng sóng biển đến máy phát điện gắn cố định đáy biển Kết thử nghiệm biển nhận với công suất điện thiết bị phát hoạt động ổn định đạt đến 200 W, điện áp phát 220 VAC tần số 50 Hz thực sine Các kết nghiên cứu cho thấy thiết bị hoàn toàn phù hợp với điều kiện thực tế biển Việt Nam Từ khóa: Năng lượng sóng biển, thiết bị phát điện, cơng suất phát điện MỞ ĐẦU Theo tính tốn nhà khoa học với tốc độ sử dụng lượng nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt vòng 50 năm tới Việc tìm kiếm nguồn lượng thay nhu cầu thiết yếu Đối với Việt Nam, mục tiêu đến năm 2020 trở thành nước cơng nghiệp, kinh tế biển chiếm 50% GDP Do vậy, nguồn lượng để cung cấp cho kinh tế nói chung kinh tế biển nói riêng quan trọng, đặc biệt điện phục vụ an ninh quốc phòng biển (nguồn điện sử dụng nhà dàn DKI, đèn Hải đăng làm phao báo dẫn đường biển,…) nhiệm vụ cấp bách, điện lưới quốc gia chưa thể vươn tới Do vậy, nghiên cứu, chế tạo thiết bị phát điện từ lượng sóng biển lựa chọn tốt, nhằm đáp ứng số nhu cầu cần thiết sử dụng điện biển đảo Ngoài ra, việc khai thác chuyển đổi từ lượng sóng biển sang điện nguồn 44 lượng gần vô tận, thân thiện với môi trường đánh giá nguồn lượng quan trọng giới Việt Nam tương lai PHÂN TÍCH XÂY DỰNG MƠ HÌNH THIẾT BỊ Trên giới việc nghiêu cứu, chế tạo thiết bị phát điện từ nguồn lượng sóng biển đem lại nguồn điện cần thiết, đáp ứng phần nhu cầu thiết yếu xã hội Hiện nay, thiết bị phát điện từ lượng sóng biển nghiên cứu xây dựng nhiều nước như: Anh, Bồ Đào Nha, Đan Mạch, Hàn Quốc, Mỹ, Nhật Bản, Tây Ban Nha, Thụy Điển, Trung Quốc, Úc, Ý, Các thiết bị chế tạo chủ yếu theo mơ hình mặt biển lắp đặt cố định đáy biển [1-10] Tại Việt Nam số đơn vị tiến hành nghiên cứu chế tạo thiết bị phát điện từ lượng sóng biển như: Viện nghiên cứu Cơ khí, Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Quốc gia Hà Nội Các mơ hình thiết bị Nghiên cứu thử nghiệm thiết bị phát điện… nghiên cứu theo hướng hoạt động mặt biển [11-13] Qua số liệu quan trắc, Việt Nam trung bình năm hứng chịu khoảng 10 bão, mối gây nguy hại trực tiếp cho thiết bị phát điện từ lượng sóng biển hoạt động mặt biển Các số liệu khảo sát cho thấy độ cao sóng biển ven bờ từ 0,6 - 1,2 m với chu kỳ sóng - giây, ngồi khơi độ cao sóng từ 1,2 m với chu kỳ sóng - giây Đặc biệt biển động độ cao sóng ven bờ đạt từ 3,5 - m, khơi đạt từ - m Mặt khác, sở hợp tác Trung tâm Ứng dụng tiến khoa học công nghệ thành phố Hải Phòng, thuộc Sở Khoa học Cơng nghệ thành phố Hải Phòng, chúng tơi lựa chọn khu vực biển Hòn Dấu, có mật độ lượng sóng lớn ổn định năm, chu kỳ sóng biển ổn định khoảng 3,5 - giây độ cao sóng đạt 0,8 - 1,2 m, làm sở để xây dựng mơ hình khai thác sử dụng thiết bị hoàn thiện [11, 14-15] Ngoài ra, để giảm thiểu ảnh hưởng tác động tự nhiên thiết bị phát điện hoạt động biển, nghiên cứu lựa chọn xây dựng mơ hình thiết bị phát điện hoạt động lắp đặt cố định đáy biển Thiết bị hoạt động theo phương thẳng đứng sóng biển với cơng suất vừa nhỏ, phao thiết bị thả mặt biển Khi sóng biển tác động lên phao, phao dao động truyền lượng đến thiết bị phát điện gắn cố định đáy biển qua dây cáp định hướng theo phương thẳng đứng [16] Mô hình thiết bị phát điện có ưu điểm phần phát điện thiết bị nằm đáy biển không bị ảnh hưởng sóng bão biển tác động TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC MƠ HÌNH THIẾT BỊ PHÁT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG SĨNG BIỂN Mơ hình thiết bị phát điện xây dựng để mô tả chuyển đổi lượng sóng biển nhận từ phao truyền đến mô tơ phát điện thiết bị Cơ cấu phận thiết bị gồm phao dạng trụ tròn, dây cáp, cấu piston ghép nối răng, tăng tốc chuyển động quay đầu ghép nối với đầu lại ghép nối với mô tơ phát điện thiết bị, mô tơ phát điện, khối board mạch ổn định điện áp chuyển đổi điện áp DC-AC cấp điện áp 220 VAC tần số 50 Hz thực sine Sơ đồ cấu trúc thiết bị phát điện từ lượng sóng biển đưa hình có dạng sau Hình Sơ đồ ngun lý mơ hình thiết bị phát điện từ lượng sóng biển Phương trình chuyển động mơ hình thiết bị thiết lập quy vật phao piston chuyển động theo phương thẳng đứng z có dạng sau [4-5]: m d 2z dz   gSb ( zs  z )  mg    k s ( z  zo ) (1) dt dt Các thành phần phương trình (1) gồm: 45 Nguyễn Đơng Anh, Nguyễn Văn Hải m khối lượng phao piston; lực acsimet tác dụng lên phao ρgSb(zs-z) với ρ khối lượng riêng nước biển, g gia tốc rơi tự do, thiết diện phao Sb=πa2 với a bán kính, zs khoảng cách từ đáy biển đến bề mặt sóng biển, z dao động phao piston (là khoảng cách từ đáy biển đến đáy phao); mg trọng lực phao dz piston; lực cản  với γ hệ số cản; lực đàn dt hồi lò xo ks(z-zo) với ks hệ số đàn hồi lò xo, zo khoảng cách từ đáy biển đến đáy phao mặt biển tĩnh lò xo trạng thái khơng biến dạng Hàm sóng tác động lên phao theo phương thẳng đứng z xét dạng: zs = Hsin(ωt) + zo (2) Với: H biên độ sóng biển, ω tần số góc sóng biển Thay cơng thức (6a) (6b) vào công thức (4) ta được: z k s zo  mg   gSb zo k s   gSb   sin(t   o ) (7) Trong độ lệch pha φ0 xác định: tan  o    k s   gSb  m (8) Biên độ dao động χ xác định bởi:   B2  C (9) Thay công thức (6b) vào công thức (9) ta được:   gSb H (10) ( k s   gSb  m )   2 (3) Công suất hệ Pgm thiết bị xác định [1]: T (11) Pgm    z dt T Với: γf hệ số cản nhớt nước biển, γem hệ số cản điện Trong đó: T chu kỳ sóng biển z tính từ cơng thức (4) Trong hệ số cản γ gồm thành phần: γ = γf + γem Nghiệm phương trình (1) tìm dạng sau: z  A  B cos t   C sin t  (4) Thực tính tốn ta được: Tính z z , kết hợp với cơng thức (2), cơng thức (4) thay vào phương trình (1) đồng hóa hệ số tự sin(ωt), cos(ωt) ta được: Pgm   Ak s   gSb A  k s zo  mg   gSb zo  (5)  m B  C  k s B   gSb B   m C   B  k C   gS C   gS H  s b b Giải hệ phương trình (5) ta thu được: A B k s zo  mg   gSb zo  gSb H 2 ( k s   gSb  m )    (6b) C  gSb H ( k s   gSb  m ) 2 (k s   gS b  m )    46 ; (12) Theo tài liệu [1, 4-5, 17-18], hệ số cản nhớt γf nước biển nhỏ so với hệ số cản điện γem (gồm điện trở nội mô tơ phát điện trở tải thiết bị phát điện nối tải hoạt động thử nghiệm) nên bỏ qua Từ cơng suất hệ Pgm tính dạng: Pgm  (6a) k s   gSb     em  2 (13) Do đặc trưng thiết kế thiết bị phát điện, tốc độ chuyển động quay ωgm nhận từ piston chuyển động theo phương thẳng đứng z truyền đến mô tơ phát điện xác định bởi:  gm  2L  DT Nghiên cứu thử nghiệm thiết bị phát điện… (14) Trong đó: P cơng suất phát điện, Ri điện trở nội dây diodes XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐIỆN MÔ TƠ PHÁT ĐIỆN Trong mơ hình thiết bị chế tạo, chúng tơi sử dụng mô tơ phát điện pha với công suất phát đạt đến 1.500 W, xác định điện áp cường độ dòng điện phát theo tốc độ chuyển động quay, kết hợp đồng với chuyển đổi điện áp xoay chiều pha sang điện áp chiều ổn định điện áp 12 VDC nhập trực tiếp từ Mỹ Bộ chuyển đổi DC-AC chế tạo để chuyển đổi điện áp 12 VDC sang điện áp 220 VAC tần số 50 Hz thực sine, với công suất hoạt động ổn định đạt 1.500 W [19]  gm  L  D Với: L chiều dài răng, D đường kính bánh răng, T chu kỳ sóng biển, ωgm tốc độ chuyển động quay bánh nhận Trong mục này, xây dựng sơ đồ điện mô tơ phát điện để xác định mối liên hệ sóng biển cơng suất điện phát thiết bị hoạt động Các kết tính tốn với cơng suất hệ Pgm nhận từ sóng biển, truyền đến mơ tơ phát điện phụ thuộc vào chu kỳ biên độ sóng biển (xem sơ đồ ngun lý mơ hình thiết bị hình 1, đồ thị cơng suất thiết bị nhận hình 5) Để điện phát lớn phù hợp với mơ hình thiết bị chế tạo, lựa chọn mô tơ phát điện loại pha kết hợp cầu chuyển đổi điện áp pha AC-DC, với sơ đồ nguyên lý đưa hình Trong đó: e1, e2, e3 suất điện động pha; i1, i2, i3 cường độ dòng điện pha; RG điện trở nội mô tơ phát; LS độ tự cảm cuộn dây; D1, D2, D3, D4, D5, D6 diodes chỉnh lưu dòng điện pha sang điện áp chiều; IDC cường độ dòng điện chiều; C tụ ổn áp; UDC điện áp chiều phát ra; RDC điện trở tải Mối liên hệ công suất hệ Pgm nhận từ lượng sóng biển cơng suất điện phát thiết bị xác định: P   Pgm (17) Với η hệ số hao phí chuyển đổi điện, hệ số hao phí đề cập tốn khác TÍNH TỐN SỐ SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ Các thông số hệ thiết lập tính tốn mơ số: ρ = 1.020 kg/m3; g = 9,81 m/s2; m = 27 kg; a = 0,4 m; ks = 100 N/m; zo = 5,5 m Khảo sát công suất hệ Pgm theo hệ số cản điện γem Hình đưa phụ công suất hệ Pgm theo hệ số cản điện γem tần số góc sóng biển ω = 1,472 rad/s (từ số liệu đo thử nghiệm nhận mục “Phân tích thơng số sóng biển thử nghiệm”) biên độ sóng biển H1= 0,4 m, H2 = 0,5 m, H3 = 0,6 m Hình Sơ đồ ngun lý mơ tơ phát điện pha cầu chuyển đổi điện áp pha AC-DC Công suất điện phát từ mô tơ xác định theo công thức: P  I DCU DC Với: I DC  U DC Ri  RDC (15) (16) Từ đồ thị ta thấy công suất hệ Pgm nhận phụ thuộc vào biên độ sóng biển hệ số cản điện γem Cơng suất Pgm lớn nhận tương ứng γem = 3.400 Ns/m Ngoài ra, từ đồ thị cho ta xác định công suất điện phát thiết bị theo hệ số cản điện, tương ứng với loại mô tơ phát điện hoạt động Mặt khác từ công thức (13) kết hợp công thức (10) với giá trị chu kỳ biên độ sóng biển có từ quan trắc, cho phép ta điều chỉnh thơng số mơ hình lựa chọn 47 Nguyễn Đơng Anh, Nguyễn Văn Hải mô tơ phát điện phù hợp, nhằm đảm bảo công suất điện phát lớn thiết bị hoạt động vùng biển với điều kiện sóng biển khác Khảo sát công suất hệ Pgm thiết bị nhận từ lượng sóng biển theo tần số góc trường hợp biên độ sóng H1 = 0,4 m, H2 = 0,5 m, H3 = 0,6 m γem = 3.400 Ns/m với giá trị nhận đồ thị hình H=0.4 m H=0.5 m H=0.6 m 450 400 350 400 300 350 250 Cong suat (W) Cong suat (W) H=0.4 m H=0.5 m H=0.6 m 450 200 150 300 250 200 100 150 50 100 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 He so can EM (N.s/m) 8000 9000 10000 Hình Đồ thị cơng suất thiết bị thu theo hệ số cản Khảo sát biên độ dao động χ hệ theo chu kỳ sóng biển Hình đưa phụ thuộc biên độ dao động χ theo chu kỳ sóng biển trường hợp biên độ sóng biển H1 = 0,4 m, H2 = 0,5 m, H3 = 0,6 m γem = 3.400 Ns/m H=0.4 m H=0.5 m H=0.6 m 0.7 0.6 0.5 Bien (m) 50 0.4 Tan so (rad/s) 10 12 14 Hình Đồ thị công suất thiết bị nhận theo tần số góc sóng biển Ta thấy cơng suất hệ Pgm thiết bị nhận tăng biên độ sóng biển lớn đạt giá trị lớn tần số ω = 1,503 rad/s, với giá trị đưa bảng Giá trị tần số góc ω = 1,503 rad/s hệ gần vùng tần số góc sóng biển đo thực nghiệm ω = 1,472 rad/s, thiết bị hoạt động với công suất điện phát đạt lớn Trong trường hợp khác thiết bị hoạt động với sóng biển có tần số góc xa ω = 1,472 rad/s, cơng suất hệ nhận giảm 0.3 Bảng Công suất lớn Pgm nhận theo biên độ sóng biển 0.2 0.1 10 12 Chu ky (giay) 14 16 18 20 Hình Đồ thị biên độ dao động hệ theo chu kỳ sóng Từ kết đồ thị cho ta xác định giá trị biên độ dao động χ hệ theo chu kỳ sóng biển, tương ứng với biên độ sóng biển thiết bị hoạt động Khi chu kỳ sóng biển lớn hệ dao động tiến tới ổn định, biên độ dao động hệ xấp xỉ biên độ sóng biển, điều nhận thấy từ cơng thức [10] 48 STT Biên độ sóng H (m) Cơng suất hệ Pgm (W) 0,4 199,6 0,5 311,9 0,6 449,2 Khảo sát công suất hệ Pgm theo biên độ sóng biển H tần số góc ω = 1,472 rad/s γem = 3.400 Ns/m Hình cho ta xác định giá trị công suất Pgm theo biên độ sóng biển H tác dụng lên thiết bị hoạt động Nghiên cứu thử nghiệm thiết bị phát điện… phương trình (1), ta thấy yếu tố khác tác động lên hệ hoạt động, thành phần đề cập đến toán khác 600 Cong suat Pgm (W) 500 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ TRÊN BIỂN 400 300 200 100 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Bien song H (m) 0.7 0.8 0.9 Hình Đồ thị cơng suất thiết bị nhận theo biên độ sóng Từ đồ thị ta thấy công suất hệ Pgm thiết bị nhận tăng biên độ sóng biển lớn Ngồi thành phần xét Thiết bị phát điện từ lượng sóng biển thử nghiệm biển ngày 14/8/2016, thời gian thiết bị hoạt động từ h 30’ - 15 h, điều kiện sóng biển có biên độ từ 0,4 - 0,5 m (số liệu quan trắc từ trạm khí tượng thủy văn Hòn Dấu, Hải Phòng) Địa điểm thử nghiệm khu vực ngồi khơi biển Hòn Dấu, Hải Phòng (cách hải đăng Hòn Dấu khoảng 1,7 hải lý) Hình cơng tác chuẩn bị vận chuyển thiết bị biển, tác nghiệp thử nghiệm biển tàu HQ1788-Hòn Dấu tải trọng 100 tấn, để tiến hành khảo sát đo, lưu trữ phân tích số liệu hoạt động thiết bị chế tạo a Lắp thiết bị cảng b Vận chuyển thiết bị biển thử nghiệm c Tàu rời cảng thử nghiệm c Hạ thiết bị xuống biển thử nghiệm Hình Vận chuyển thiết bị tàu HQ1788 tác nghiệp thử nghiệm biển Hình đưa cấu trúc thiết bị chế tạo dạng trụ tròn, hoạt động gắn cố định đáy biển hoạt động theo phương thẳng đứng sóng biển, với thông số chế tạo: Trọng lượng 80 kg, tổng chiều cao 1,5 m, đường kính trụ 0,5 m chiều cao trụ 0,75 m, chiều cao 49 Nguyễn Đông Anh, Nguyễn Văn Hải khung giá đỡ 0,75 m để định hướng dây cáp chuyển động theo phương thẳng đứng, phao có a Mơ hình thiết bị phát điện từ lượng sóng biển bán kính 0,4 m chiều cao 0,42 m b Đồ thị điện áp cường độ dòng điện mơ tơ phát điện theo tốc độ chuyển động quay Hình Kiểm tra hoạt động thiết bị phát điện từ lượng sóng biển phòng thí nghiệm Trên hình 8a mơ hình thiết bị phát điện từ lượng sóng biển kiểm tra, phân tích đánh giá hoạt động thiết bị phòng thí nghiệm trước thử nghiệm biển Hình 8b đồ thị điện áp cường độ dòng điện mô tơ phát điện theo tốc độ chuyển động quay, cho phép xác định công suất điện phát thiết bị điện kéo dẫn từ thiết bị đáy biển lên tàu HQ1788 để thử tải đánh giá công suất, chất lượng điện áp thiết bị phát Trong nguồn điện thiết bị phát cấp để thiết bị đo DASIM hoạt động tồn q trình đo, phân tích chu kỳ sóng biển áp suất sensor Futek gắn phao thiết bị hoạt động Thiết bị phát điện từ lượng sóng biển chế tạo với phần phát điện gắn cố định đáy biển, phao thả mặt biển, dây cáp Phân tích thơng số sóng biển thử nghiệm a Thiết bị đo DASIM đo số liệu tàu HQ1788 b Mặt trước thiết bị đo c Phao thiết bị phát điện d Đo xác định chu kỳ sóng biển Hình Thiết bị đo DASIM ghép nối máy tính để đo phân tích liệu sóng biển tác dụng lên phao thiết bị thử nghiệm biển tàu HQ1788 50 Nghiên cứu thử nghiệm thiết bị phát điện… Hình thiết bị đo DASIM Đức kết nối sensor Futek Mỹ gắn phao thiết bị để đo số liệu, phân tích xác định chu kỳ sóng biển áp suất sóng biển tác dụng lên phao thiết bị thử nghiệm biển Phân tích liệu sóng biển từ thiết bị đo nhận thử nghiệm: Hình 10 đưa đồ thị kết đo thử nghiệm nhận theo thời gian tần số giá trị chu kỳ sóng biển, áp suất sóng biển tác dụng lên phao thiết bị 0.4 0.35 Ap suat (PSI) 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 a Đồ thị xác định chu kỳ sóng, áp suất theo thời gian Tan so (rad/s) 10 12 14 b Đồ thị phổ áp suất theo tần số góc sóng biển Hình 10 Đồ thị dạng sóng đo thực nghiệm biển từ sensor Futek Từ kết nhận cho thấy chu kỳ sóng biển tác dụng lên thiết bị thời gian thử nghiệm biển thay đổi khoảng 4,0 - 5,2 giây, tần suất sóng biển xuất nhiều liên tục chu kỳ 4,26 giây tương ứng tần số góc sóng biển 1,472 rad/s Áp suất sóng biển tác động lên phao trung bình mức 0,31 psi (tương ứng 0,021 atm) đạt giá trị lớn 0,74 psi (tương ứng 0,05 atm), giá trị áp suất nhận sử dụng toán khác để xác định vật liệu vỏ thiết bị Thử nghiệm công suất điện phát a Đo phân tích điện áp Các thiết bị sử dụng kiểm tra, phân tích đánh giá công suất chất lượng điện áp thiết bị phát đo phân tích thiết bị đo Picoscope USB oscilloscope 2204A kết nối máy tính Anh sản xuất, đồng hồ đo cường độ dòng điện chuyên dụng Gwinstek Digital clamp meter Đài Loan Kyoritsu Digital clamp meter Nhật Bản, đồng hồ đo điện áp Sanwa CD800a Nhật Bản Hình 11 cho thấy công tác đo thử nghiệm tàu HQ1788 biển để đo, lưu trữ phân tích chất lượng điện áp thử tải công suất thiết bị phát b Thử tải công suất thiết bị phát c Dạng sóng điện áp phát 220 VAC tần số 50 Hz Hình 11 Đo, lưu trữ phân tích điện áp thiết bị đo PicoScope USB oscilloscope 2204A kết nối máy tính thử nghiệm biển tàu HQ1788 Bảng đưa số kết thử nghiệm thiết bị phát điện biển cơng suất, điện áp cường độ dòng điện, dạng sóng điện áp phát bước đầu đạt khả quan Thiết bị phát điện đáp ứng nhu cầu sử dụng điện với công suất nhỏ làm phao luồng dẫn đường biển, làm nguồn cấp điện cho đèn hải đăng 51 Nguyễn Đông Anh, Nguyễn Văn Hải Bảng Một số kết thử nghiệm nhận công suất thử tải điện áp thiết bị phát ra, đánh giá chuyển đổi DC-AC từ điện áp 12 VDC sang 220 VAC thiết bị biển STT Tải thử P (W) Điện áp UDC (VDC) Cường độ dòng điện IDC (A) Điện áp UAC (VAC) Cường độ dòng điện IAC (A) Hiệu suất η (%) 100 140 12 9,92 224 0,45 84,67 12 13,47 223 0,61 84,15 200 12 20,33 223 0,92 84,09 Với UDC IDC điện áp, cường độ dòng điện nhận đầu từ chuyển đổi điện áp xoay chiều pha sang điện áp chiều ổn định điện áp 12 VDC Điện áp UAC cường độ dòng điện IAC nhận đầu chuyển đổi DC-AC (đầu thiết bị phát điện từ lượng sóng biển) Hiệu suất chuyển đổi điện áp từ 12 VDC sang 220 VAC xác định:  84, 67  84,15  84, 09  84, 30% Hình 12 đưa dạng sóng điện áp thiết bị phát đo, phân tích đánh giá phần mềm thiết bị đo Picoscope USB oscilloscope 2204A, phần mềm phân tích phổ tín hiệu cho kết điện áp 220 VAC ± 1,52% tần số 50 Hz ± 0,06%, thiết bị hoạt động ổn định suốt thời gian thử nghiệm biển 2.5 X: 49.97 Y: 2.223 Amplitude (V) x1000 Amplitude (V) x1000 -1 -2 1.5 0.5 -3 0.01 0.02 0.03 0.04 Time (s) 0.05 0.06 0.07 a Dạng sóng điện áp phát 50 100 150 200 250 Frequence (Hz) 300 350 b Phổ tần số điện áp phát Hình 12 Đồ thị dạng sóng điện áp thiết bị phát Từ phổ tín hiệu điện áp hình 12b ta thấy dạng sóng điện áp thiết bị phát có thành phần điện áp 220 VAC tần số 50 Hz thực sine, ngồi khơng có thành phần nhiễu khác Đánh giá kết thử nghiệm khả ứng dụng Từ số liệu chu kỳ biên độ sóng biển nhận được, kết tính tốn số bảng đồ thị hình 5, hình kết thử nghiệm nhận bảng 2, điện thiết bị phát chạy thử tải 200 W hoạt động ổn định suốt thời gian thử nghiệm biển Chúng nhận thấy mơ hình thiết bị thiết lập xây dựng hợp lý, 52 phù hợp với khả gia công chế tạo thiết bị nước Trên sở kết thử nghiệm biển nhận được, thiết bị phát điện áp 220 VAC tần số 50 Hz thực sine, với công suất phát điện ổn định đến 200 W, thiết bị hoàn tồn có khả triển khai vào thực tế sử dụng Trong thời gian tới, thiết bị chuyển giao đến Trung tâm Ứng dụng tiến khoa học cơng nghệ thành phố Hải Phòng, thuộc Sở Khoa học Cơng nghệ thành phố Hải Phòng sử dụng làm phao báo dẫn đường biển, theo công văn: số 65/TTUDTB-CNMT&NLM, ký ngày 22/5/2015, gửi Viện Cơ học đề nghị hợp tác Nghiên cứu thử nghiệm thiết bị phát điện… triển khai thiết bị phát điện từ lượng sóng biển vào hoạt động thực tế biển Hải Phòng Nam khn khổ đề tài mã số: VAST01.10/16-17 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài báo đưa mơ hình thiết bị phát điện từ lượng sóng biển chế tạo hoạt động theo phương thẳng đứng sóng biển, phần phát điện gắn cố định đáy biển không bị ảnh hưởng sóng bão biển tác động hoạt động Phao thiết bị thả mặt biển truyền lượng nhận từ sóng biển đến mơ tơ phát điện thiết bị Ngoài mặt phao gắn đèn báo hiệu, pin lượng mặt trời công suất 30 W nguồn điện phụ đảm bảo đèn báo hiệu hoạt động ngày biển lặng Eriksson, M., Isberg, J., and Leijon, M., 2005 Hydrodynamic modelling of a direct drive wave energy converter International Journal of Engineering Science, 43(17), 1377-1387 Stelzer, M A., and Joshi, R P., 2012 Evaluation of wave energy generation from buoy heave response based on linear generator concepts Journal of Renewable and Sustainable Energy, 4(6), 063137 Drew, B., Plummer, A R., and Sahinkaya, M N., 2009 A review of wave energy converter technology Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 223(8), 887-902 Trapanese, M., 2008 Optimization of a sea wave energy harvesting electromagnetic device IEEE Transactions on Magnetics, 44(11), 4365-4368 Franzitta, V., Messineo, A., and Trapanese, M., 2011 An Approach to the Conversion of the Power Generated by an Offshore Wind Power Farm Connected into Seawave Power Generator The Open Renewable Energy Journal, 4, 19-22 Ekström, R., Ekergård, B., and Leijon, M., 2015 Electrical damping of linear generators for wave energy converters—A review Renewable and Sustainable Energy Reviews, 42, 116-128 Zheng, Z Q., Huang, P., Gao, D X., and Chang, Z Y., 2015 Analysis of electromagnetic force of the linear generator in point absorber wave energy converters Journal of Marine Science and Technology, 23(4), 475-480 Engström, J., Eriksson, M., Isberg, J., and Leijon, M., 2009 Wave energy converter with enhanced amplitude response at frequencies coinciding with Swedish west coast sea states by use of a supplementary submerged body Journal of Applied Physics, 106(6), 064512 Thiết bị phát điện từ lượng sóng biển bước đầu đạt với công suất phát điện ổn định 200 W, điện áp 220 VAC tần số 50 Hz thực sine Nguồn điện từ thiết bị phát đáp ứng nhu cầu làm phao báo dẫn đường biển, làm nguồn cấp điện cho đèn hải đăng hay mục đích sử dụng điện với công suất nhỏ Về vật tư chế tạo thiết bị gồm mô tơ phát điện pha chuyển đổi điện áp xoay chiều pha sang điện áp chiều ổn định điện áp 12 VDC phải nhập ngoại, phận khác lại thiết bị chế tạo từ vật tư nước Khó khăn việc chế tạo thiết bị chế tạo gioăng chống thấm cần đảm bảo tốt cho thiết bị hoạt động môi trường biển Tiến tới thiết bị tiếp tục nghiên cứu cải tiến, tối ưu mơ hình thiết bị nhằm nâng công suất điện phát để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngồi biển đảo Tìm kiếm vật tư chế tạo gioăng phù hợp cho thiết bị, đảm bảo thiết bị hoạt động lâu dài ổn định biển Đưa thiết bị phát điện vào thực tế sử dụng, làm sở đánh giá độ bền giá thành khả sử dụng thiết bị hoạt động biển Lời cảm ơn: Các tác giả xin chân thành cảm ơn nhận xét góp ý quý báu từ phản biện, nhận xét góp ý giúp chúng tơi hồn thiện tốt báo khoa học Các tác giả xin cảm ơn hỗ trợ kinh phí từ Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt 53 Nguyễn Đông Anh, Nguyễn Văn Hải Falcão, A F., 2014 Modelling of wave energy conversion Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa 10 Hoang, D T., Quang, T Q., Minh, N T., Cong, P C., Tri, D D., Lee, S., Park, H G., and Ahn, K K., 2015 Effects of nonvertical linear motions of a hemisphericalfloat wave energy converter Ocean Engineering, 109, 430-438 11 Nguyễn Thế Mịch, Nguyễn Chí Cường, 2014 Nghiên cứu tính tốn hệ thống phát điện lượng sóng quy mơ cơng suất nhỏ Tuyển tập cơng trình hội nghị học kỹ thuật toàn quốc, Hà Nội Tr 361-366 12 Ba, D T., Anh, N D., and Ngoc, P V., 2015 Numerical simulation and experimental analysis for a linear trigonal double-face permanent magnet generator used in direct driven wave energy conversion Procedia Chemistry, 14, 130-137 13 Dang The Ba, 2003 Numerical simulation of a wave energy converter using linear generator Vietnam Journal of Mechanics, 35(2), 103-111 14 Nguyễn Mạnh Hùng, Dương Công Điển nnk., 2009 Năng lượng sóng biển khu vục Biển Đông vùng biển Việt Nam Nxb Khoa học tự nhiên Cơng nghệ 15 Chương trình điều tra nghiên cứu biển cấp Nhà nước KHCN (1996-2000), 2003 Biển Đông II Khí tượng thủy văn động lực biển Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội 16 Nguyen Van Hai, 2013 The study, calculation and simulation of the linear electrical generator from sea wave energy The third International Scientific Conference Sustainable Energy Development 2013, Hanoi, 172-176 17 Đinh Văn Ưu, Nguyễn Thọ Sáo, Phùng Văn Hiếu, 2006 Thủy Lực Biển Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội 18 ITTC-Recommmeded Procedures Freshwater and seawater properties, 2011 26th ITTC Specialists committee on uncertainly analysis 19 Nguyễn Văn Hải, 2012 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị chuyển đổi điện thông minh DC-AC đáp ứng hệ thống thiết bị nạp tích điện lượng tái sinh đa Kỷ yếu Hội thảo Điện tử-Truyền thơng-An tồn thơng tin ATC/REV 2012, Hà Nội, 125-129 THE RESEARCH AND EXPERIMENT OF A LINEAR ELECTRICAL GENERATOR FROM SEA WAVE ENERGY Nguyen Dong Anh, Nguyen Van Hai Institute of Mechanics, VAST ABSTRACT: This paper presents some results of research and experiment of a linear electrical generator from sea wave energy On the basis of the results of analysis, dynamic calculation and simulation of the operation the device works in the vertical direction of sea waves and is fixed on the sea floor, the buoy of device floats on the surface of sea and transfers the energy of sea waves to the electrical generator The output power of the device is operated stably at 200 W during experiment at the sea, the output voltage is at 220 VAC with frequency of 50 Hz and is a pure sine wave These results show that the device is completely reasonable with conditions in Vietnam’s sea Keywords: Sea wave energy, electrical generator, power of the linear electrical generator 54 ... bị phát điện có ưu điểm phần phát điện thiết bị nằm đáy biển khơng bị ảnh hưởng sóng bão biển tác động TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC MƠ HÌNH THIẾT BỊ PHÁT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG SĨNG BIỂN Mơ hình thiết bị. .. công suất thiết bị nhận theo biên độ sóng Từ đồ thị ta thấy cơng suất hệ Pgm thiết bị nhận tăng biên độ sóng biển lớn Ngồi thành phần xét Thiết bị phát điện từ lượng sóng biển thử nghiệm biển ngày... Vận chuyển thiết bị biển thử nghiệm c Tàu rời cảng thử nghiệm c Hạ thiết bị xuống biển thử nghiệm Hình Vận chuyển thiết bị tàu HQ1788 tác nghiệp thử nghiệm biển Hình đưa cấu trúc thiết bị chế tạo